Neil Gemmell har en hemmelig plan for at finde, hvor Nessie Loch Ness-monster befinder sig.
Relateret indhold
- Nøglen til at beskytte livet på jorden kan være ved at stregkode det
- Snart kunne du være i stand til at fortælle, om din akvariefisk blev fanget med cyanid
- Truede arter? Videnskab til redning (genetisk)!
- Forskere kan fortælle, hvad fisk lever, hvor de er baseret på DNA i vandet
Nej, egentlig har han tænkt det igennem. Hvis der er noget stort og underligt, der bor i Loch, ville det kaste celler med DNA fuld som noget andet. Sandsynligvis meget af det. Og selvom vi ikke har noget dino-DNA i referencebiblioteket til at kontrollere prøver imod, siger Gemmell, en professor i genomik ved University of Otago i New Zealand, at vi ved nok om, hvordan det skal se ud til at fortælle, om der er en plesiosaur, der bor i nutidens Skotland.
Alt, hvad du har brug for, er en måde at afgøre, om der er nogen plesiosaur-DNA, der svæver rundt i de vandige dybder. Indtast eDNA. Nej, det er ikke den elektroniske version af DNA. På den enkleste måde er eDNA det, som forskere kalder ethvert genetisk materiale, der er erhvervet fra miljøet snarere end selve væsenet. Og selvom eDNA teknisk kan findes skjult i jord eller luft, er vand et særligt praktisk medium, fordi det så let kan samles, anstrenges og reduceres.
Hæld et glas vand ud af din baghavsstrøm og hold det op mod lyset. Disse mudrede, hvirvlende vand er fulde af usynlige spor af liv. Fra den dunkle guldfiskdamme i indkøbscentret til bølgerne, der sprænger ved kysten, er hver vandmasse en opslæmning med udtørrede celler. Hvad mere er, forskere har for nylig udtænkt metoder, til hvilke de kan sile ud DNA-sekvenserne i den gylle for at skelne mellem en blå krabbe, en blåhval eller endda et Loch Ness-monster - uden nogensinde at lægge øje på selve dyret.
For at være rigeligt klar, satser Gemmell ikke på muligheden for at finde en plesiosaur i Loch Ness. Men han er villig til at satse på eDNA's magt for at hjælpe os med at udtænke nye bevaringsstrategier og endda løse nogle af de mest vedvarende økologiske mysterier i vores tid.
Potentialet ved denne teknik er stort: I Kroatien bruger forskere den til at søge huler efter en blind, farveløs akvatisk salamander, kendt som huledragen eller olm. I det amerikanske sydøst fortæller eDNA os, hvor meget gigantiske, hemmeligholdede amfibier, der er kendt som helvede, er faldet på tværs af deres historiske rækkevidde. I Asien beviste forskere netop, at eDNA også kan bruges til at studere vandmænd som det japanske sønælde. Og i Australien har forskere fundet, at lignende assays kan bruges til at undersøge gydeaktivitet i den truede Macquarie-aborre.
”Jeg vil virkelig ikke blive kendt som den fyr, der leder efter Loch Ness-monsteret, ” siger Gemmell. ”Men jeg synes, det er en fantastisk krok at få folk til at tale om eDNA.”
En Yangtze-finløs marsvin i Institut for Hydrobiologi under det kinesiske videnskabsakademi i Wuhan, det centrale Kinas Hubei-provins, 10. maj 2016. Den nuværende finløse marsvinbestand, ifølge forskere, er mindre end 1.000. (Xinhua / Alamy) For at give dig en idé om, hvordan eDNA ser ud, kan du forestille dig, at du laver brød, og du har lige spredt en flok mel over skranken. Når du ælger brødet et stykke tid, er den lille smule støv der er tilbage? Det er dybest set, hvad han kan udvinde fra en liter vand, der er taget ud af Hudson-floden, siger Mark Stoeckle, seniorforsker ved Rockefeller Universitets program for det menneskelige miljø. Kun eDNA er ikke bleget hvidt. Det er skidtbrunt.
Og for dyr, der ikke er så hypotetiske som Nellie, har det mokebrune materiale et reelt løfte. Kig over den videnskabelige litteratur, og du vil opdage, at eDNA allerede bruges over hele verden for bedre at forstå adfærden og populationsdynamikken for kritiske arter.
Et eksempel er Yangtze-finløs marsvin, et notorisk vanskeligt emne at studere. Til at begynde med er der færre end 1.050 dyr tilbage, der tjener arten en kritisk truet status af Den Internationale Union for Bevaring af Natur. Desuden mangler marsvinene (som deres navn antyder) en rygfinne, hvilket betyder, at de næsten ikke bryder overfladen, når de kommer op for at trække vejret, og deres hud er den samme mørkegrå farve som vandene, de bor.
”Jeg kan ærligt sige, at jeg aldrig har set en i naturen, ” siger Kathryn Stewart, en biolog ved University of Amsterdam's Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics. Men takket være eDNA forhindrer det ikke Stewart i at studere denne kryptiske art. ”Ved at bruge eDNA er vi i stand til at skære ned på omkostninger og tid til omfattende og nøjagtig prøveudtagning, hvilket altid er et problem for bevaringsarbejde, især i udviklingslande, hvor prioritering og penge ofte er lave, ” siger hun.
I sidste ende er målet at finde ud af, hvilke faktorer der bidrager mest til marsvinets tilbagegang - og hurtigt. Ifølge IUCN er arten i en ”ekstremt høj” risiko for udryddelse inden for de næste tre generationer. ”Dæmninger, vandnet og øget bådtrafik virker alle som gode indsatser, men i betragtning af hvor svært dyrene er at spore, er det næsten umuligt at finde ud af, hvor artens sidste holdouts er, og hvad der gør disse områder mere beboelige end de store flodstrækninger, hvor havpattedyrene plejede at trives.
Nu arbejder Stewart på at udvikle måder for eDNA til ikke kun at afsløre, om en art er til stede eller fraværende, men hvor rigelig den art kan være i en given vandstrækning. Disse resultater kunne derefter korreleres med anden information - forekomsten af bestemte byttearter, for eksempel eller nærhed til områder, der er tæt med menneskelig beboelse - for at bestemme, hvilke betingelser Yangtze-finløs marsvin bedst kan tolerere.
"Det er klart, at der er en masse smertestakende arbejde, der går i at optimere eDNA-teknikker til forskellige arter og miljøer, " siger Stewart, "men for det meste er det et stort skridt fremad - en revolution, hvis du vil - til bevaringsbiologi."
Mens New Yorks Hudson River muligvis ikke ser ud som en bastion af biodiversitet, er det et særligt interessant og udfordrende økosystem for eDNA-forskere. (Gavin Hellier / Alamy) DNA er et kontrastmolekyle. På nogle måder er det imponerende hårdfør, og overlever hundreder af tusinder af år, der er bundet i fast klippe eller de næsten kogende temperaturer, der findes ved dybhavs-hydrotermiske åbninger (skønt nej, Jurassic Park- fans, det kan sandsynligvis ikke overleve i ravindkapslede insekter i millioner af år). På andre måder er det ekstremt skrøbeligt: DNA kan også nedbrydes af sollys, vandturbulens og visse kemikalier.
Men når du kommer helt ned til det, hvilken kvalitet vinder?
Det er spørgsmålet, som Rockefeller University's Stoeckle og hans kolleger skulle svare på sidste år. Holdet brugte seks måneder på at indsamle ugentlige vandprøver fra to af New York City's floder for at se, hvad eDNA inden i kunne fortælle os om de fiskearter, der bor der. The Big Apple strejker måske ikke mest som en af de mest uberørte eller farverige vandlevende levesteder på Jorden, men Stoeckle siger sammenløbet af alt det ferskvand og saltvand skaber et særligt interessant og udfordrende studieområde til eDNA-test.
Stoeckle ønskede at vide: Er DNA så robust, at prøveudtagning af en havn ville vende tilbage til en svimlende vifte af arter fra bjergkilder og flodbredder til kystmundinger, det åbne hav og dybhavet? Eller var DNA så skrøbeligt, at det forsvandt eller nedbrudt, før vi kunne samle det og analysere det? Som det viser sig, ligger svaret imellem.
”Ikke kun fandt vi de rigtige fiskesorter, men vi fandt dem på det rigtige tidspunkt, ” siger Stoeckle. ”Om vinteren, når fiskerne vil fortælle dig, at det ikke er værd at sætte en linje i vandet, får vi meget lidt eller ingen fisk eDNA. Derefter, fra april og maj, får vi en stadigt stigende genvinding af fiske-DNA indtil omkring midten af sommeren, når du får 10 til 15 arter i en gennemsnitlig prøve. ”
Med andre ord bekræftede Stoeckles fund, der blev offentliggjort i tidsskriftet PLOSONE i april, hvad vi allerede vidste om fiskemigrationer i New Yorks havne: for eksempel at sorte havabbor flytter offshore om vinteren og vender tilbage til havnen om foråret.
Og det er afgørende. Mens undersøgelsen sandsynligvis ville have fået meget flere overskrifter, hvis de havde fundet alligator-DNA, der siver ud af kloakken (eller Nessie!), Er disse resultater langt mere vigtige, fordi de forventes. Det skyldes, at eDNA stadig er et relativt nyt værktøj, og hvis det bliver taget alvorligt, skal det kalibreres mod de pålidelige data, der er indsamlet fra de metoder, den måske en dag kan erstatte.
Men måske det største løfte, som eDNA tilbyder? Potentialet for forskere til at udføre vanvittigt-cool videnskab til et vanvittigt-billigt pris punkt.
Udsigt over New York Citys East River, en af Stoeckles indsamlingssteder. (Mark Stoeckle) Det meste af det, vi ved om fiskemigrationer, stammer fra at droppe tonsvis af net og plukke igennem det, der kommer op, eller bruge solfangere til at skabe et øjebliksbillede af, hvad der foregår nedenfor. I mindre vandløb og floder kan forskere bruge elektrificerede tråde til at bedøve fisk og andre vandlevende væsener, hvilket giver dem mulighed for at foretage relativt grundige undersøgelser af selv de snuskeste væsener. Men alle disse metoder kræver to ting i stor mængde: tid og penge.
”Alle, der foretager undersøgelser af livet i havet, vil gerne øge hyppigheden og tætheden af prøveudtagning, ” siger Jesse Ausubel, en af grundlæggerne og lederne af Census of Marine Life. Men Ausubel siger, at det kan koste mellem $ 10.000 og $ 150.000 om dagen at leje et skib, hvilket begrænser alvorligt, hvor mange gange videnskabsmænd har råd til at droppe deres garn eller tænde deres ekkolodsapparater.
”Resultatet er, at der er enorme huller i det, vi ved, ” siger Ausubel, der også er direktør for Rockefeller Universitets program for det menneskelige miljø, hvor han leder gruppen Stoeckle er en del af.
Heldigvis har de seneste fremskridt inden for DNA-sekventeringsteknologi bragt omkostningerne forbundet med eDNA-assays ned til ca. $ 50 pr. Prøve. Dette betyder, at forskere kan samle prøver og udføre undersøgelser meget hyppigere end de kunne have råd til ved hjælp af traditionelle overvågningsmetoder. Og i modsætning til at identificere en art baseret på dets fysiske egenskaber - en vanskelig færdighed, der kræver en masse erfaring og stadig kan producere falske data - kan eDNA-prøver relativt let samles af alle med lidt træning og en steril beholder.
Endelig, i modsætning til trawling, ekkolod eller elektrofiskeri, er eDNA-prøvetagning næsten slagfri. Dette gør teknikken særlig tiltalende for kortlægning af arter, der allerede er på rebene. For Stewart er dette en af de bedste ting ved brugen af eDNA: Det giver hende mulighed for at stille spørgsmål om Yangtze marsvin uden at tilføje endnu mere bådtrafik til deres levesteder.
Stewart påpeger, at eDNA kan være særlig vigtigt for udviklingslandene, fordi de ofte har høje niveauer af endemisme og øget risiko for artstab, samtidig med at de har færre ressourcer til at investere i bevaring. ”Selvom vi ønsker at beskytte så meget biodiversitet som muligt, er virkeligheden, at vi er nødt til at tage hårde beslutninger om, hvor og hvordan vi kan finansiere bevaring, ” siger hun. Og med eDNA kan vi få disse begrænsede midler til at gå endnu længere.
Desuden kan eDNA ud over at bevare kendte dyr også hjælpe biologer med at afdække skjulte arter, der svømmer under vores næser. David Lodge, en biolog fra Cornell University og direktør for Atkinson Center for a Sustainable Future, peger på potentialet ved at bruge denne teknik i økosystemer som Afrikas massive men alligevel ikke-søgte Lake Tanganyika-sø. Mens forskere ved, at søen vrimler af forskellige cichlidfisker, er der sandsynligvis langt flere arter stadig uopdagede.
”Vi tror, at vi vil afsløre mørk mangfoldighed - arter derude, der aldrig er blevet beskrevet, ” sagde Lodge under Smithsonians jordoptimetopmødet, en samling af bevaringssindede borgere, forskere og aktivister, tidligere denne måned.
En østerspaddefisk, en "charmerende grim" art, der ofte findes i New Yorks havne, ifølge Stoeckle. (Barrierislandnaturalist) I mellemtiden genererer dem som Gemmell interesse for ideen. Gemmell siger, at efter et par tweets om at bruge eDNA til at lede efter Nessie, havde han mere interesse for det rigtige eDNA-arbejde, han udfører i New Zealand i de sidste to uger, end han har set i to år med pligtopfyldende indsamling og test af vandprøver.
Det rigtige eDNA-arbejde involverer forresten brug af eDNA til at opdage invasive tang og tunikaer, før de kan gribe fat i New Zealands vandveje. Lige nu bliver vi virkelig kun opmærksomme på sådanne skabninger, når de har taget fat. Men hvis rutinemæssig eDNA-test af vandveje afslørede tilstedeværelsen af sådanne skabninger tidligt nok, kan vi muligvis gå på den fornærmende og udrydde invasioner næsten inden de begynder.
Desværre bliver den skotske monsterjagt sandsynligvis nødt til at vente, indtil nogen ønsker at hoste lidt finansiering. Men Stoeckle siger, at han elsker ideen og ikke ser nogen teknisk begrænsning for, hvorfor den ikke ville fungere. "Det eneste problem, " siger Stoeckle, "er om Loch Ness-monster faktisk eksisterer."
Og hvis hun ikke gør det? Det er et problem, selv ikke eDNA-videnskabelige forskere ikke kan løse.
